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SISTEMAS FLEXÍVEIS DE
TRANSMISSÃO AC
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
Equipe: Débora Short Leonardo Santos Ricardo Brito
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FLEXIBILIDADE EM SISTEMAS DE
POTÊNCIA
PLANEJAMENTO DOS SISTEMAS DE POTÊNCIA
● Confiabilidade – Adequação e Segurança● Baixo custo
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FLEXIBILIDADE EM SISTEMAS DE POTÊNCIA
• Robustez: Superdimensionamento do sistema a fim de absorver impactos, o que caracteriza pela construção de sistemas robustos e firmes.
• Flexibilidade: Adaptação rapidamente a contingências e fortes modificações no sistema.
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ELETRÔNICA DE POTÊNCIA APLICADA AOS SISTEMAS CA
O transporte de potência ac ao longo de linhas longas foi inicialmente limitado pela impedância série da linha. A compensação série capacitiva foi introduzida para cancelar a parte reativa da impedância da linha e, por isso, aumentar a potência transmitida.
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ELETRÔNICA DE POTÊNCIA APLICADA AOS SISTEMAS CA
FACTS refere-se à aplicação de equipamento de eletrônica de potência com uma ou mais funções num certo local de sistemas de transmissão para regular e controlar os parâmetros elétricos (tais como a tensão, impedância, ângulo de fase, etc.,) de modo a obtermos um sistemas mais fiável, flexível e eficaz.
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A utilização dos controladores FACTS proporciona:
● Controle do fluxo de potência● Aumento da capacidade das linhas de transmissão● Prevenção de blackouts através da limitação de
corrente e desligamento de linhas críticas● Proporcionalização de carga entre os geradores● Controle da expansão e redimensionamento do sistema● Redução do fluxo de potência reativa pelo sistema● Amortecimento de oscilações transitórias e/ou
subtransitórias
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Grupos dos controladores FACTS
1. Chaveados
2. Controlados
3. Avançados
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CONTROLADORES FACTS CHAVEADOS
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FACTS CHAVEADOSOs controladores FACTS chaveados utilizam a mais básica das
funções dos componentes eletrônicos de potência, que é o chaveamento eletrônico. Estes dispositivos, mecanicamente chaveados, têm sido usados há várias décadas, portanto, não representam novidade tecnológica.
Nesse grupo de controladores encontram-se:● TSSC (Thyristor Switched Series Capacitor) – Capacitor série
chaveado a tiristor.● TSC (Thyristor Switched Capacitor) – Capacitor chaveado a
tiristor.● PST ( Phase Shifting Transformer) – Transformador defasador
com tap chaveado por tiristores.
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TSSC – CAPACITOR SÉRIE CHAVEADO A TIRISTOR
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TSSC – CAPACITOR SÉRIE CHAVEADO A TIRISTOR
●Redução da reatância capacitiva.●Atuação do compensador controlada pelo número de condensadores ligados em série.●Disparo dos tiristores – Para minimizar uma corrente inicial brusca, o tiristor deve ser ligado apenas quando a tensão do condensador for a zero.
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TSSC – CAPACITOR SÉRIE CHAVEADO A TIRISTOR
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TSSC – CAPACITOR SÉRIE CHAVEADO A TIRISTOR
Harmônicos de Chaveamento – Tensões subharmônicas podem ser geradas.
●O TSSC não deverá ser utilizado para situações críticas em que é requerido um grau elevado de compensação e onde a possibilidade de ressonâncias sub síncronas possam estar presentes.
●Pode ser utilizado para controle de fluxo de potência onde o tempo de resposta seja moderado.
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TSC – CAPACITOR SHUNT CHAVEADO A TIRISTOR
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TSC – CAPACITOR SHUNT CHAVEADO A TIRISTOR
● Assim como no TSSC, operam apenas em dois estados: bloqueados ou em condução total.
● Só há circulação de corrente no capacitor caso os tiristores estejam em condução total. Caso contrário, o circuito estará aberto.
● Chaveamento do capacitor é feito quando a tensão na barra passar por zero, com a finalidade de evitar sobre correntes de chaveamento nos tiristores.
● O TSC é a base para o Compensador de Potência Reativa Estático (SVC).
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PST – TRANSFORMADOR DEFASADOR COM TAP CHAVEADO A TIRISTOR
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PST – TRANSFORMADOR DEFASADOR COM TAP CHAVEADO A TIRISTOR
• Um PST convencional consiste num transformador com tomadas eletromecânicas, ligado em paralelo à linha de transmissão e cujas tomadas alimentam um transformador colocado em série com a linha de transmissão.
• A alteração do ângulo de transmissão de uma linha faz-se por ajustamento das tomadas para a posição pretendida.
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PST – TRANSFORMADOR DEFASADOR COM TAP CHAVEADO A TIRISTOR
Esquema elétrico de um transformador defasador convencional.
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PST – TRANSFORMADOR DEFASADOR COM TAP CHAVEADO A TIRISTOR APLICAÇÃO:• Regulação de tensão e de fluxos de potência em regime
permanente
DESVANTAGENS:• Capacidade de resposta lenta devido à inércia dos
comutadores mecânicos - Pouco eficazes na resposta a fenômenos transitórios e dinâmicos.
• Tempo de vida útil limitado. • Frequente manutenção - Deterioração mecânica e
deterioração das substâncias lubrificantes.
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CONTROLADORES FACTS CONTROLADOS
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FACTS CONTROLADOS A inserção de potência reativa para a compensação se dá de maneira suave, ao contrário dos controladores FACTS chaveados, onde a inserção de reativos se dá em blocos.
Entre os FACTS controlados, podemos destacar:•SVC (Static Var Compensator) – Compensador estático de reativos•TCSC (Thyristor Controlled Series Compensator) – Compensador série controlado por tiristor.
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SVC – Compensador estático de reativos• Tem como principal função utilizar elementos passivos,
tais como reatores e capacitores, que são devidamente ajustados para controlar a tensão e a potência reativa nos sistemas de transmissão.
• Para este tipo de compensação, é necessário um controle dinâmico. Para isto, dispositivos eletrônicos de potência, como os tiristores, são utilizados para efetuar o controle necessário, já que possibilitam o controle da corrente que flui no reator, controlando as perdas reativas (I².xl)
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SVC – Compensador estático de reativos
(a)(b)
(a) Circuito básico de um compensador estático(b) Característica da operação de tenção versus corrente no ponto de acoplamento do compensador estático ao sistema de potência.
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SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO
Compensador paralelo ideal (SVC) conectado ao ponto médio de uma linha de transmissão.
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SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICOFUNCIONAMENTO DO SVC:
Figura - Fonte de tensão VS controlada (controle do fluxo de potência através da linha).
As tensões VS e VR têm a mesma amplitude mas estão desfasadas de um ângulo δ.
A tensão de compensação VM tem a mesma amplitude que as tensões VS e VR.
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SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO Potência ativa transferida de VS para o lado da carga VR é dada
por:
Potência transferida sem compensação:
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SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO
A potência reativa paralela aumenta a capacidade de transmissão de potência ativa pela linha, em especial se δ>30º.
A corrente de compensação IM está em quadratura com a tensão VM, logo não existe potência ativa fluindo através do compensador.
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SVC – Compensador estático de reativosOs SVCs são caracterizados por:
•Rápida resposta•Alta confiabilidade•Flexibilidade•Baixo custo de operação
A disponibilidade, rapidez e precisão de resposta tornam o SVC eficiente em regime estacionário e controle nos transitórios de tensão. Usado também para amortecer oscilações de potência e melhora a estabilidade de transitório.
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SVC – Compensador estático de reativosAs aplicações práticas do SVC são:
•Manter um nível de tensão constante•Suportar a tensão do SEE em avarias•Manter a tensão dos barramentos numa tensão alvo•Melhorar a estabilidade do SEE•Melhorar o fator de potência•Aumentar a eficiência•Corrigir o desequilíbrio de fases.
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SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICOEXEMPLO DE APLICAÇÃO DO SVC:● Desde 1995, um SVC está em funcionamento em Matimba-Insukamini.● Um corredor com 600MW de potência e 405 km de comprimento, interliga
África do Sul a Zimbabué.● A única ligação a 400kV entre Matimba e Insukamini é relativamente fraca
e pouco amortecida. Logo, oscilações na frequência da potência ativa (<0,5 Hz) tendem a aparecer entre África do Sul e Zimbabué. O SVC está lá para atenuar estas oscilações de potência.
● Com o SVC em funcionamento, a estabilidade e os limites de transferência de potência aumentaram aproximadamente 150MW naquele corredor de potência.
● Sem o SVC seria necessário uma nova linha.
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SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO
Interligação a 600MW entre Matimba e Insukamini.
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SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO
SVC de Insukamini
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SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO
Sistema de 230 MVar SVC (para suprimir a flutuação de voltagem e a oscilação de energia)
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SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO
Sistema de 20 MVar SVC (para sistemas de geração de energia eólica)
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TCSC - Compensador série controlado por tiristor
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TCSC - Compensador série controlado por tiristor
• O circuito é semelhante ao do compensador estático convencional em derivação, SVC, embora conectado em série com a linha de transmissão.
• Os benefícios técnicos deste componente incluem o controle da reatância equivalente da linha e pode, portanto, ser utilizado para controlar o fluxo de potência, amortecimento da variação de potência, redução de curto-circuito, estabilidade em regime transitório e a mitigação de ressonância sub síncrona (SSR).
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TCSC - Compensador série controlado por tiristorOs TCSC têm três modos distintos de operação:
•O modo “Bypass”: caso em que α = 90º. Nesta situação, a indutância, que tem um valor muito pequeno está totalmente inserido e atrai toda a corrente da linha “bypassando” o condensador. Ou seja a total condução dos tirístores.•Condensador fixo, que representa o valor mínimo de compensação do equipamento. Não há condução dos tirístores.•Modo de controlo contínuo ou modo “Vernier”: caso em que o ângulo de disparo pode variar entre 90º e 180º, possibilitando que o TCSC apresente uma reatância variável, tanto na região capacitiva quanto na região indutiva.
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TCSC - Compensador série controlado por tiristor
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CONTROLADORES FACTS AVANÇADOS
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FACTS Avançado
• São compensadores baseados na utilização de conversores como fonte de tensão (VSC).
Tipos:
• STATCOM (Compensador Estático Síncrono).• SSSC (Compensador Estático Síncrono Série).• UPFC (Controlador Unificado de Fluxo de Potência).
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STATCOM• Esquemáticos do STATCOM:
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SSSC
• É similar ao STATCOM.
• Utiliza conversor como fonte de tensão síncrona.
• A tensão gerada é inserida em série com a linha de transmissão.
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SSSC• Esquema do SSSC:
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UPFC
• Foi inicialmente proposto em 1991 por L. Gyugyi.
• É constituído de um STATCOM em derivação e de um SSSC em série.
• Esse dispositivo é capaz de controlar simultaneamente o fluxo de potência passante por uma linha, a magnitude da tensão na barra de acoplamento e na extremidade da linha.
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UPFC• Esquemas do UPFC:
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Aplicações
UPFC STATCOM
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QuestõesQUESTÃO 1. Considere o circuito abaixo:
Sabendo que Vs = 127V , Vr= 127 ∟30º V , f=60Hz, L=250uH, calcule a Potência Ativa transferida de VS para a carga com e sem o compensador em derivação e comente os resultados.
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Questões
QUESTÃO 2. Cite três aplicações do SVC (Compensador estático de reativos).
QUESTÃO 3. Qual a diferença entre o UPFC, o STATCOM
e o SSSC?
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] PASCHOARELI JR, D. Introdução aos Sistemas Flexíveis e Controladores FACTS. DEE- FEIS/UNESP, Abril 2007.
[2] ALAMPI FILHO, S. Análise de Controladores Eletrônicos em Sistemas de Distribuição de Energia. Dissertação de Mestrado, Novembro 2005.
[3] SILVA, C.; BRAEGGER, R.; SILVA, S. FACTS e a Estabilidade - Dinâmica e Estabilidade de Sistemas Eléctricos. FEUP, Maio 2005.
[4] FOGAÇA, A. L. B. Análise de Controladores FACTS em Sistemas de Energia Elétrica. DEE-UFPR, Novembro – 2006.
[5] RODRIGUES, J. M. F. Análise e Modelação de Dispositivos FACTS Aplicados nas Redes de Transporte e de Distribuição de Energia Eléctrica. FEUP, Junho 2010.
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